浅谈桥型对河道洪水影响分析

胡 宇

(萍乡市河江水利工程咨询有限公司，江西 萍乡 337000)

1 项目概况

麻山镇步行桥位于萍水河支流的麻山河下游(麻山镇步行桥原址重建)，桥梁横跨麻山河，河宽约42m，桥梁宽度为4.0m，桥面宽度组成：0.3m(栏杆)+3.4m(人行道)+0.3m(栏杆)，总长度为52m，总面积为268m2，河床高程78.60m，拱顶高程86.13m。桥梁上部结构采用四等跨10.0m圆弧线钢筋混凝土板拱，拱圈厚度为50cm，净矢跨比为1/4。下部结构采用桩基桥墩和桩基桥台，墩台桩基直径均为1.0m，以中风石灰岩为桩端持力层。桥头施工时应顺接两端现有道路。设计荷载为人群荷载4.5kPa，设计洪水频率按50a一遇。

图1 建设项目临河平面示意图

2 洪水影响分析计算

2.1 防洪标准

建设项目地处麻山镇，河道两岸堤防工程等级为IV等，根据《防洪标准》(GB50201-2014)以及保护区域重要性的原则，乡村防护区的防护等级为IV等，防洪标准为20-10a；中桥防护等级为IV等，防洪标准为50a。

综合考虑，该项目涉及麻山镇步行桥，因此对涉及城镇河道防洪标准采用10a一遇，麻山镇步行桥防洪标准采用50a一遇。

2.2 水文分析计算

建设项目工程地处湘东区境内，附近袁河主河道有芦溪水文站，控制流域面积331km2，本次设计采用参证站流量资料和《江西省暴雨洪水查算手册》分别推求洪峰流量。

2.2.1 水文比拟法

芦溪水文站设立于1957年12月，控制流域面积331km2，为国家基本水文站，观测水位、流量、降雨量。1973年1月基本水尺断面下迁50m，1975年底芦溪镇治理袁河，裁弯取直，于1976年1月1日将测流断面上迁到距铁桥下300m左右，设立临时断面测流，后经省水文总站批准，于同年4月14日将测流断面上迁100m，直到现在。1972年8月-12月(因断面左岸被大水冲垮)和1976年-1978年期间受治理河道影响，测验质量较差，流量资料未整编，仅刊印实测流量成果表和日平均水位表。测站水位观测基面1976年以前采用假定基面高程，1976年以后采用黄海基面高程，芦溪水文站实测最高水位为100.21m(假定基面高程)，最大流量为707m3/s(1970年5月8日)。有1958-2017年共60年实测流量资料系列。袁河流域历史上曾发生过多次特大洪水，芦溪河段历史洪水成果见表1。

表1 袁河芦溪河段调查历史洪水成果表

2.2.2 《江西省暴雨洪水查算手册》法

根据项目所在流域位置，查《手册》附图，得断面所在流域年最大24h暴雨量均值H24=105.0mm，Cv=0.48，Cs=3.5Cv;年最大6h暴雨值均值H6=70.0mm，CV=0.48，Cs=3.5Cv；年最大1小时暴雨值均值H1=45.0mm，CV=0.38，Cs=3.5Cv。算结果见表2。

表2 设计暴雨计算成果表

通过《手册》瞬时单位线法计算可得煤金山中桥断面各频率设计洪峰流量。各频率设计洪水过程如表3。

表3 建设项目《手册》法推求洪峰流量成果表

2.3 洪水计算成果的比较和采用

用水文比拟法与推理公式法两种方法推算洪峰流量，计算成果以煤金山中桥断面为控制断面，比较结果见表4。

表4 两种方法设计洪峰流量比较表

从表4中可以看出，《手册法》计算成果略大于参证站水文比拟法计算成果。水文比拟法采用的各水文站洪峰流量系列更长，并有可靠的历史洪水调查资料，系列代表性好，计算成果反映了相似流域的洪水情况。《手册》法计算涉及到许多参数的选用，各种参数是江西地区综合的成果，具有比较好的代表性。考虑到两种方法计算成果比较接近，从偏安全的角度考虑，因此采用《手册》法计算结果作为本项目计算洪水成果。

3 桥型对洪水影响分析

根据总平面布置图，步行桥重建方案有两个：一是原址原貌重建(四拱)；二是原址三拱重建。推求河道水面线主要是由下游水利工程建筑物作为起推断面，往河流上游推算洪水水位线。

3.1 方案一：原址原貌四拱桥型

桥梁宽度为4.0m，桥面宽度组成：0.3m(栏杆)+3.4m(人行道)+0.3m(栏杆)，总长度为52m，总面积为268m2，河床高程78.60m，拱顶高程86.13m。桥梁上部结构采用四等跨10.0m圆弧线钢筋混凝土板拱，拱圈厚度为50cm，净矢跨比为1/4。下部结构采用桩基桥墩和桩基桥台，墩台桩基直径均为1.0m，以中风石灰岩为桩端持力层。

通过下游水利工程建筑物推求水面线，步行桥断面频率P=2%时，流量Q=849m3/s，水位Z=84.98m，此时桥梁壅水高度为0.08m，桥下净空按1.00m计算，桥梁下弦最低高程为86.06m，拱圈厚度为50cm，桥面最低高程为86.56m。

在50a一遇洪水条件下，步行桥断面设计洪峰流量849m3/s，工程前桥位过水面积269m2，平均流速2.62m/s；大桥建成后，桥位过水面积223m2，平均流速2.83m/s，与天然情况相比，大桥建成后河道面积缩小了17.1%，平均流速增加0.21m/s，流速增幅为8.0%，桥位断面最高壅水为0.08m。

图2 方案一：步行桥四拱立面示意图

3.2 方案二：原址三拱重建

桥梁宽度为4.0m，桥面宽度组成：0.3m(栏杆)+3.4m(人行道)+0.3m(栏杆)，总长度为52m，总面积为268m2，河床高程78.60m，拱顶高程86.18m。桥梁上部结构采用三等跨13.0m圆弧线钢筋混凝土板拱，拱圈厚度为60cm，净矢跨比为1/4。下部结构采用桩基桥墩和桩基桥台，墩台桩基直径均为1.0m，以中风石灰岩为桩端持力层。

通过下游水利工程建筑物推求水面线，步行桥断面频率P=2%时，流量Q=849m3/s，水位Z=84.95m，此时桥梁壅水高度为0.07m，桥下净空按1.00m计算，桥梁下弦最低高程为86.02m，考虑到三拱支撑整个桥梁上部结构，为了保证桥梁的稳定性和安全性，设计拱圈厚度为60cm，桥面最低高程为86.62m。

在50a一遇洪水条件下，步行桥断面设计洪峰流量849m3/s，工程前桥位过水面积269m2，平均流速2.62m/s；大桥建成后，桥位过水面积233m2，平均流速2.75m/s，与天然情况相比，大桥建成后河道面积缩小了13.5%，平均流速增加0.13m/s，流速增幅为4.9%，桥位断面最高壅水为0.07m。

图3 方案二：步行桥三拱立面示意图

3.3 方案选定

表5 步行桥两种方案对比成果表

综上所述，重建步行桥三拱设计方案对比四拱设计方案，虽然能降低洪水水面线，但是降低的幅度有限，仅仅降低0.03m，从桥梁的稳定性和安全性考虑，要增加拱圈厚度0.10m，从整体效果而言，反而提高了桥面高程0.06m；从工程造价来看，三拱设计方案对比四拱设计方案，减少了一个桥墩的造价，但是增加了整个桥面的造价，整体算下来，相差不大。最终，桥梁设计单位和当地政府共同决定，采用了原址原貌四拱方案重建麻山镇步行桥[1]。

4 建设项目对洪水影响评价

4.1 法规规划适应性评价

根据《防洪标准》(GB50201-2014)以及保护区域重要性的原则，该段河道两岸防洪工程防洪标准为10a一遇。因此建设项目防洪标准满足法规和规范要求。

4.2 河道行洪影响评价

麻山河段10a一遇洪水条件下，平均流速在1.90-3.01m/s区间。建设项目步行桥属于原址重建工程，拟建方案过流单宽10.0m，比老桥桥墩宽度更大，梁底高程也比老桥梁底更高，因此对涉及河道内行洪影响甚微。

4.3 河势稳定影响评价

该工程实施后，河流的地质地貌条件、河床地层的组成均没有发生大的改变，工程建设对该河段河势的影响较小。据现场踏勘和相关资料分析，工程河段多年来河道形态变化不大，河势未发生明显变化，水流流向稳定，河段岸线稳定。随着建设项目的实施，河段河势在未来一段时间将会形成新的平衡。

4.4 防洪工程影响评价

现状麻山河城镇河段两岸已建防洪堤工程，根据《防洪标准》规范，该河段防洪标准10a一遇，建设项目实施后，对现有防洪工程影响甚微。

4.5 其他设施影响评价

该项目实施后，不新增河道侵占面积，不影响现有防洪堤，对涉及河道管理范围内其他设施影响甚微。建设项目竣工后，河道管理范围内禁止建设任何阻洪建筑物。

4.6 防汛抢险和水上救生影响评价

工程建设满足《防洪标准》规范，工程所处河段入河通道顺畅，工程建设对水上救生影响较小。项目建成运行后，随着道路等基础设施的完善，将有利于抢险车辆、物资及人员的通行，对河段防汛抢险更为有利。

4.7 洪水对建设项目影响评价

根据《防洪标准》(GB50201-2014)以及保护区域重要性的原则，重建项目采用防洪标准为50a一遇(P=2%)。项目防洪标准适宜。

4.8 淹没影响评价

建设项目步行桥属于原址重建工程，桥墩宽度和梁底高程比历史上老桥更大，设计梁底高程超出桥位断面50a一遇洪水水位1.07m，壅水长度仅为37.70m。因此洪水对建设项目影响甚微[2]。

4.9 冲刷与淤积影响评价

河床的冲刷与淤积变化主要取决于水流挟沙力变化和泥沙起动流速。水流流速小于泥沙起动流速，河床将不会冲刷；水流流速大于泥沙起动流速，会引起河床的冲刷。输沙率增大将引起河道减淤或冲刷，输沙率减小将引起淤积或减冲；河道水动力条件的改变，会引起河槽发生相应的调整。本工程河段内，河床以及河岸地质均为花岗岩，冲刷结果对河床造成影响甚微。

5 消除或减轻建设项目对洪水影响的工程措施

根据中华人民共和国《水法》、《防汛法》、《河道管理条例》，水利部、国家计委水政[1992]7号《河道管理范围内建设项目管理的有关规定》等，凡在河道管理范围内新建、扩建、改建的建设项目，对洪水有影响的均应采取措施消除或减轻洪水影响。结合本工程实际情况，频率P=2%时，建设项目步行桥原址重建，对河道两岸和上、下游河道以及水利建筑物影响很小，且可系用以下措施来消除或减轻。

1)建设单位应做好防御洪水预案，利用水文部门预报的洪峰、洪量、洪水位、流速、洪水到达时间、洪水历时等洪水特征值，密切配合并听从防汛部门调度。

2)制定超标准洪水防御措施，针对可能发生的超标准洪水，提出在现有防洪工程设施下最大限度减少洪灾损失的防御方案、对策及措施。

图4

6 结 语

麻山镇步行桥对于当地居民来说，不仅仅是通行的需求，更多的是一种情感的寄托。它见证了当地居民几代人的成长历程，同时也见证了麻山镇改革开放以来，日新月异的变化。这次老桥重建工程，让它犹如破茧重生一般，以崭新的姿态，守护着这座城市，以发展的眼光，展望着未来。